基于PEM的整备车身NVH_姜正旭V1.0

基于PEM的整备车身 TrimmedBody 振动噪声精确预测 来源于声学模拟专家Actran 姜正旭 April6 2020 当前的整车级NVH优化Trim建模PEM与TBNVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论 2 4 6 2020 目录 全耦合流固耦合分析结构振动产生的声压声源产生的振动结构振动和声压相互作用压力法对流动量可以忽略压力和密度为线性不进行流体分析流体域3D体单元 CHEXA CPENTA CTETRA材料属性 MAT10声吸收器 CHACAB PACABS CHACBR PACBAR壳声吸收器 CAABSF刚度和质量的耦合 自动计算刚性多孔吸收器 MAT10 支持频变 3 当前的整车级NVH优化 内噪声 4 6 2020 声学特征值分析 非耦合 MODES流体域的边界缺省是刚性的声学 结构特征值分析 耦合 DCEIG MCEIG耦合的结构和流体模态频率响应分析DFREQ MFREQ力或强迫运动 作为激励 施加于结构声激励 施加于流体声压和结构振动的频率响应模态参与因子瞬态分析DTRAN MTRAN力或强迫运动 作为激励 施加于结构声激励 施加于流体声压和结构振动的瞬态响应 4 4 6 2020 当前的整车级NVH优化 内噪声 续 降低驾驶员耳部声压 5 4 6 2020 案例 日产汽车 驾驶员耳畔声压 整车模型 来源于日产汽车MSCVPD大会 地貌优化自MSCNastran2008被引入使用TOMVAR控制参数 能够在单元级进行整车优化设计变量支持单元厚度 杨氏模量等因为逐个单元优化并不是基于单个PID属性 因为这种方法是优于传统的尺寸优化对比拓扑优化中单元尺寸在 0或1 之间变化 地貌优化可以允许每个单元厚度连续变化同时 地貌优化可以和拓扑优化在同一个设计工作中 MSCNastran2010引入新的优化算法IPOPT 可以设计变量数目可达几万个 6 4 6 2020 案例 地貌优化 用于优化的优化模型是Volvo带内饰乘用车模型整个模型有12M结构自由度乘员空间使用实体单元模型 空腔和结构之间采用ACMODL定义二者之间的耦合关系除了BIW的顶棚和车身外覆盖件之外 其余单元都被定义为设计变量总设计变量数目为 418148通过ACMS方法 结构与流体求解模态频率上限为750Hz 7 4 6 2020 优化有限元模型 Exampletrimmedbody TB model windowsremovedforinteriorvisibility ExamplepartofaBIWconstitutingoptimisationsetof418148shellelements 优化问题定义 优化目标前排乘客和驾驶员耳畔噪声最小激励施加在后副车架与车身相连的前悬置点的垂直方向 因为这是已知的最主要的路面噪声的传递路径频率范围为20 250Hz约束为整车质量小于或等于当前值设计变量变化范围为 可最大增加为初始值的2倍或减小为初始值的0 5倍最小允许厚度为0 6mm分析分别使用MSCNastran2008BIGOT和2011IPOPT优化算法进行优化优化问题在6次迭代后收敛 8 4 6 2020 工况1 优化噪声传递函数 NTF 9 4 6 2020 工况1 优化噪声传递函数 NTF NTF传递函数结果显示 优化后噪声声压级有显著降低在共振峰处 最大有10dB的减小 这是非常显著的尽管NTF曲线有一些不同 但是BIGDOT和IPOPT显示相似的降低 LHSRrSubFFrmntZtoDriver sEar RHSRrSubFFrmntZtoFrontPassEar 5dB 使用后处理软件显示6次迭代分析后的厚度结果相对于初始板厚 红色意味着更厚 蓝色意味着更薄 10 4 6 2020 工况1 优化噪声传递函数 NTF 厚度分布 MSCNastran2008BIGDOT 厚度分布 MSCNastran2011IPOPT 当前的整车级NVH优化Trim建模PEM技术与TBNVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论 11 4 6 2020 目录 Trim部件 对汽车的振动噪声 发挥重要作用当前 越来越多的整车和零部件厂 日益关注Trim的优化设计 日益严格的政府法规 汽车噪声污染客户体验提高 声学的舒适性基于Actran技术 MSCNastran2013引入完整的解决方案 考虑Trim对于车身的影响 12 4 6 2020 Trim建模 Trim部件一般是指车辆中的阻尼器 绝缘子和减震器 包括 地板车厢顶篷内衬车门Trim仪表板座椅行李箱地板Trim部件一般为多层 而且全部 或部分 为多孔材料 13 4 6 2020 Trim部件 集中质量质量定义 CONM2刚性连接 RBAR RBAR1 RBE1或RBE2非刚性连接 RBE3分布质量非结构质量PSHELL PBAR PBEAM中的NSM NSM1 NSML和NSML质量合并 NSMADDNSMx的激活 工况控制命令NSM质量检查工况控制 ELSUM WEIGHTCHECK 14 4 6 2020 Trim质量的建模 空调质量的考虑 质量检查 当前的整车级NVH优化Trim建模PEM技术与TBNVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论 15 4 6 2020 目录 采用多孔介质材料 对Trim部件进行建模 可以更精确地模拟频变的阻尼 吸声特性Trim部件最为一个有限元模型的子模型Trim部件包括体单元基于毕奥 BIOT 理论 16 4 6 2020 多孔介质材料 振动骨架被流体材料包围材料属性 频变 骨架属性 杨氏模量 密度 泊松比流体属性 流体密度 体积模量等泡沫属性 孔隙率 特征粘性长度 特征热效长度等 17 4 6 2020 多孔介质材料的定义 来源于Rieter汽车 Trim部件单独划分网格结构 Trim 声腔之间和内部的网格 可以不协调不同的网格规范支持3D单元HEXA PENTA TET线性和二次插值每个节点支持4个自由度 3个平动 1个压力 每层1个单元是不够的 厚度 厚度可以空间分布Trim层之间的网格 需要协调 18 4 6 2020 Trim网格和结构 声腔的耦合 支持的单元 针对Trim 声腔和Trim 结构的耦合 增加了新的耦合算法 可以合并使用支持耦合自由度的缩减 滑动 拓展了耦合的物理条件 19 4 6 2020 Trim部件和车身的连接 Trim 结构GLUEDTrim单元组 全部和结构粘接在一起 沿3个主轴X Y和Z 完全与结构耦合SLIDING剩余的Trim部件面积 考虑为被结构简支 支持面内位移 Trim 声腔OPEN声腔接触的Trim层 考虑为开放的孔隙 声能传递IMPERVIOUST声腔接触的Trim层 考虑为封闭的孔隙 无声能传递 20 4 6 2020 TB TrimmedBody NVH 当前 Trim部件处理为 不建模 忽略或考虑为质量和阻尼 不够精确 21 4 6 2020 当前TBNVH计算流程 采用MSCNastranPEM PEM用于多孔材料 计算流程基本相同 但是Trim部件建模更加精确考虑质量 力学和声阻工程师已有工作环境不变 22 4 6 2020 采用PEM的TBNVH计算流程 结构 声腔和Trim部件可以分别建模 采用不协调网格 23 4 6 2020 采用PEM的TBNVH计算流程 续 声腔湿节点 结构湿节点 当前的整车级NVH优化Trim建模PEM与TBNVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论 24 4 6 2020 目录 Rieter汽车 SAE论文戴姆勒克莱斯勒和三菱汽车 SAE论文 25 4 6 2020 多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用 两层Trim系统的振动噪声建模 ChristianY Glandier RalfLehmann 戴姆勒克莱斯勒AGTakashiYamamoto YoshinobuKamada 三菱汽车2005SAE论文 汽车的研发 为了节约时间和成本 对仿真日益依赖本文验证了地毯Trim系统的建模 采用毕奥理论多层部件 包括一个厚层和泡沫 纤维层仿真和测量结果比较 都考虑了结构和声学的结果包括舱体和自由声场的两种结果 简介 振动台激励框架 框架和Trim部件相连两种辐射条件自由声场密闭的盒子 测试设备 Excitationsystem Freefieldradiation closedboxradiation 每层 包括框架和空气 都采用有限单元使用如下参数 模型描述 结构结果 结果 Accelerationatthecenterofthepanel fibroustrim MeanVelocityoftheHeavyLayer fibroustrim 声学结果仿真结果和实验结果 吻合相当好 结果 续 SPLat1m foamtrim SPLat1m fibroustrim DodgeNeon模型考虑两个Trim部件 仪表板地板 32 4 6 2020